Катаболизм жирных кислот. Метаболизм кетоновых тел. (Лекция 8)

1.

Биохимия и
молекулярная биология
Лекция 8. Катаболизм
жирных кислот. Метаболизм
кетоновых тел
1

2. План лекции

Катаболизм жирных кислот с четным
числом С-атомов
Катаболизм жирных кислот с
нечетным числом С-атомов
Катаболизм моноеновых жирных
кислот
Метаболизм кетоновых тел
Катаболизм жирных кислот
2

3.

Катаболизм жирных кислот
Окисление жирных кислот
CωH3-(CH2)n-CbH2-CaH2-COOH
Главный путь:
β-окисление
Минорные пути:
α-окисление
(ЖК с разветвленными цепями, например,
фитановая кислота)
ω-окисление
Катаболизм жирных кислот
3

4.

Катаболизм жирных кислот
Схема ß-окисления жирных кислот
1904 г. – Ф. Кнооп
1954 – 1958 гг. –
Ф. Линен с сотрудниками,
А. Ленинджер
Катаболизм жирных кислот
4

5. Катаболизм жирных кислот

Три стадии катаболизма ЖК:
1)β-окисление;
2) цикл лимонной кислоты,
в котором осуществляется
расщепление ацетил-СоА,
образовавшегося при βокислении ЖК;
3) окислительное
фосфорилирование в
дыхательной цепи с
образованием АТР за счет
энергии NADH и FADН2
Катаболизм жирных кислот
5

6. Катаболизм жирных кислот

Катаболизм жирных кислот
6

7. Катаболизм жирных кислот

Катаболизм жирных кислот
7

8. Катаболизм жирных кислот

Катаболизм жирных кислот
8

9.

Катаболизм жирных кислот
ß-окисление жирных кислот
β-окисление – специфический путь окисления
свободных ЖК, заканчивающийся
образованием ацетил-СоА.
Окисление ЖК осуществляется в
митохондриях и пероксисомах.
Жирные кислоты для вовлечения в процесс
ß-окисления должны быть активированы.
Активация ЖК осуществляется ферментами
ацил-СоА-синтетазами в цитозоле. На
активацию ЖК затрачивается 2 молекулы АТР.
Активированные жирные кислоты (ацил-СоА)
транспортируются в матрикс митохондрий
карнитиновым челноком.
Катаболизм жирных кислот
9

10. Катаболизм жирных кислот

Активация жирной кислоты
Mg2+
RCH2COO- + ATP → RCH2C О ~ AMP + PPi
Н4Р2О7 + Н2О
неорганическая
пирофосфатаза
→
2 Н3РО4
Mg2+
RCH2CО ~ AMP + HSCoA → RCH2CО ~SCoA +
AMP
Суммарная реакция:
Mg2+
RCH2COO- + ATP + HSCoA + Н2О → RCH2CО ~SCoA + AMP + 2Pi
∆G 0´= - 15 кДж/моль (для двухстадийного процесса)
Катаболизм жирных кислот
10

11. Катаболизм жирных кислот

Транспорт ацил-CoA в митохондрии
Карнитин (γ-триметиламино-β-гидроксибутират)
синтезируется в печени и почках из лизина.
(СН3)3-N+-СН2-СНОН-СН2-СООКатаболизм жирных кислот
11

12. Катаболизм жирных кислот

Образование ацилкарнитина
Ацилкарнитин
Катаболизм жирных кислот
12

13. Катаболизм жирных кислот

Транспорт ацил-CoA в митохондрии
Катаболизм жирных кислот
13

14. Катаболизм жирных кислот

ß-окисление жирных кислот
ß-окисление – циклический процесс,
включающий 4 реакции:
• дегидрирование (ацил-СоА-дегидрогеназа,
FAD)
• гидратация (еноил-СоА-гидратаза)
• дегидрирование (L-ß-гидроксиацил-СоАдегидрогеназа, NAD+)
• тиолитическое расщепление (тиолаза)
Катаболизм жирных кислот
14

15. Катаболизм жирных кислот

Окисление жирных кислот
с четным числом С-атомов
Катаболизм жирных кислот
15

16. Катаболизм жирных кислот

Суммарное уравнение β-окисления
стеариновой кислоты
СН3(СН2)16-СО~SCоА + 8НS-CоА + 8FAD +
8NAD+ + 8 Н2О →
9 СН3-СО~SСоА + 8 FADH2 + 8 NADH +
8H+
Катаболизм жирных кислот
16

17. Катаболизм жирных кислот

Формула расчета выделяющейся при
окислении жирной кислоты энергии
Расчет выделяемой энергии
производится по формуле:
СН3-(СН2)16СО~СоА
[5(n/2 - 1) + n/2 х 12] - 2,
где 5 - число молекул АТР,
образуемое при одном раунде βокисления;
n - число атомов углерода в ЖК;
n/2 - 1 - число актов окисления;
n/2 - число молекул ацетил-СоА;
12 - число молекул АТР,
образующихся при полном
окислении одной молекулы ацетилСоА в цикле лимонной кислоты;
2 - число молекул АТР, затраченных
на активацию ЖК.
[5 x (18/2 – 1) + (18/2 x12)]
– 2 = [40 + 108] – 2 =
146 АТР
При полном окислении
3 молекул глюкозы
(18 С- атомов) образуется
108 (114) молекул АТР.
Катаболизм жирных кислот
17

18. Катаболизм жирных кислот

Катаболизм жирных кислот
18

19. Катаболизм жирных кислот

Окисление жирных кислот
с нечетным числом С-атомов
1. Пропионил-СоА
карбоксилируется с
образованием D-метилмалонил-СоА.
2. D-метилмалонил-СоА
эпимеризуется в
L-стереоизомер.
3. L-метилмалонил-СоА
превращается в
интермедиат ЦТК –
сукцинил-СоА.
Метилмалонил-СоА
мутазе необходим
кофактор - витамин
В12
Катаболизм жирных кислот
19

20. Катаболизм жирных кислот

Итог: 9 Acetyl-CoA
8 раундов (циклов)
Катаболизм жирных кислот
Окисление моноеновых жирных кислот
Олеиновая кислота,
С18:1, Δ9
Окисление олеиновой
кислоты требует
дополнительного
фермента:
Еноил-СоА-изомеразы
Итог:
9 ацетил-СоА
8 раундов (циклов)
Катаболизм жирных кислот
20

21. Метаболизм кетоновых тел

Образование кетоновых тела в
митохондриях печени
Катаболизм жирных кислот
21

22. Метаболизм кетоновых тел

Кетоновые
тела
ацетоацетат
D-β-гидроксибутират
Катаболизм жирных кислот
ацетон
22

23. Метаболизм кетоновых тел

Синтез кетоновых тел в гепатоцитах
Катаболизм жирных кислот
23

24. Метаболизм кетоновых тел

Кетоновые тела – клеточное топливо
Катаболизм жирных кислот
24

25. Метаболизм кетоновых тел

Катаболизм жирных кислот
25

26.

Домашнее задание
Сравнить процесс
β-окисления в
митохондрии и
пероксисоме
Катаболизм жирных кислот
26